浅论红层软岩崩解性及其路基动力变形特性研究

《浅论红层软岩崩解性及其路基动力变形特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、湖南大学博士学位论文红层软岩崩解性及其路基动力变形特性研究姓名：刘晓明申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：赵明华;苏永华20060604红层软岩崩解性及其路基动力变形特性研究摘要在我国中西部高速公路建设中存在大量红层软岩路段，该类岩石因其成因特殊而成分复杂且大部分具有崩解性，作为一种特殊路基填料使用往往导致工程建设成本高，施工进度缓慢。为此本文结合交通部“九五”行业联合重点攻关项目“京珠高速公路湘潭至耒阳段红砂岩地带路基修筑技术研究”，对红层软岩的崩解性、路用性能以及路基在汽车荷载作用下的动力变形特性进行深入研究。本文首先在大量工程调研的基础上指出红层软岩作为路基填料必须解决的两

2、个关键问题，即其崩解性（崩解机理、崩解程度评价、崩解性消除方法等）和路用性（红层填料的可压实性、强度特性以及荷载作用下的变形特性等）问题。继而针对红层软岩及其崩解物进行了较全面的室内和现场试验研究。提出了红层软岩作为高速公路填料的可能性，并在此基础上制定出红层材料作为路基填料应达到的压实度水平。由于软岩崩解程度目前尚无合适的评价指标，本文引入分形理论对红层软岩的崩解分形机理进行了研究，深入探讨了崩解过程中崩解物粒度分布分数维的变化规律，并根据分形概念建立出红层软岩崩解过程的数学模拟模型，证明了红层软岩崩解是一个分形，在此基础上提出了对红层软岩崩解进度进行描述的新指标—粒度分数维，为工程

3、应用提出了红层软岩作为路基填料所应达到的粒度分数维控制标准。此外，还从沉积岩土成因角度出发，改进了常用的粒度分布分形模型，使之更适用于沉积岩土的粒度分析。并将改进模型应用于崩解性差异显著的三类红层软岩的粒度特征分析，发现红层软岩的粒度特征可反映其崩解性强弱，从而提出了以粒度特征对红层软岩进行工程分类的思想，进而论证了公路工程中采用浸水崩解试验对红层软岩分类的合理性。然后，本文采用灰色关联度方法对红层软岩崩解影响因素进行了分析，结合本文试验和前人研究成果，较全面地分析了红层软岩的崩解机理。在此基础上，对包括抑制红层软岩崩解的添加剂、降低路基中干湿变化程度、人工加速红层软岩崩解进程等消除红

4、层填料崩解性的多种路用控制方法进行了研究。提出了实用的红层软岩崩解性路用处治方法，并通过现场实验和工程实例论证了处治的必要性和可行性。为了进一步探讨红层填料路基在车辆动力循环荷载作用下的工作特性，本文建立出3轴9自由度车辆动力模型以及路桥过渡段路面形状模型，基于MARC有限元软件进行二次开发，得到了可用于分析汽车作用下路基动力响应的三维有限II博士学位论文元模型和程序，并计算得到了桥头跳车过程中高速公路红层填料路基的动应力响应。此外，通过对压路机和重型车辆作用下公路路基动应力现场测试，得到了公路路基填料的实际受力状态，在此基础上模拟路基土的实际应力状态对击实红层填料进行的循环荷载室内试

5、验，获得了红层填料在循环荷载作用下的塑性累积变形发展规律和临界动应力范围。研究成果，表明红层填料动力强度能满足高速公路车辆动力荷载的要求。最后基于岩土强度的变异特性，创造性的提出了循环荷载下土体塑性累积变形的计算方法，采用单元强度随机生成的有限元方法对循环荷载下土体塑性累积变形发展规律进行了模拟，阐明了该方法的合理性。应用该有限元方法对变异性很大的红层填料路基的塑性累积变形进行了计算，揭示了不同车辆循环荷载作用下红层路基塑性累积变形的渐进发展规律，为红层路基的工程设计提供了理论和依据。关键词：红层；路基；分形；动力；崩解机理；车辆荷载；塑性累积变形III红层软岩崩解性及其路基动力变形特

6、性研究ABSTRACTTherearelotsofexpresswaysectionslayinredbedsintheCentral-WesternofChina.Softrockofredbedscontaincomplexingredientsandmanykindsoftheserockhavethepropertyofslakingwhichneedhigherbudgetandlongerconstructionperiodwhenusedasembankmentfillingmaterial.Socombinedwiththemajorjointresearchproje

7、ctsponsoredbytheministryofcommunications“ResearchontheembankmentconstructiontechniqueinredbedsbeltofJIN-ZHUexpresswayXIANGTANtoLEIYANGsection”,theslackingandengineeringpropertiesaccordingwiththedynamicdeformationpropertiesun